高中物理 第二章 恒定电流 实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修.doc

实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线
[研究学考·明确要求]
知识内容测绘小灯泡的伏安特性曲线考试要求学考基本要求1.知道实验原理和实验电路图，知道伏安特性曲线与U－I图象的区别。
2．会选择合适的实验器材连接实物，正确进行操作。
3．会设计实验数据记录表。
4．知道电压表、电流表读数的方法。
5．会用I－U图象处理实验数据并分析变化规律。发展要求知道小灯泡伏安特性曲线的特征，并能解释形成的原因。说明不要求知道二极管伏安特性曲线的特征与意义。

[基础梳理]
内接法外接法电路图误差原因电流表的分压电压表的分流测量值和真实值的比较R测＝eq\f(U测,I测)＝Rx＋RA
测量值大于真实值R测＝eq\f(U测,I测)＝eq\f(U测,Ix＋IV)
测量值小于真实值适用于测量测大(填“大”或“小”)电阻或eq\f(Rx,RA)>eq\f(RV,Rx)测小(填“大”或“小”)电阻或eq\f(RV,Rx)>eq\f(Rx,RA)
[基础梳理]
限流式分压式电路组成 变阻器接入电路的特点采用“一上一下”的接法采用“两下一上”的接法续表
调压范围eq\f(ERx,R＋Rx)～E
(不计电源内阻)0～E
(不计电源内阻)适用情况负载电阻的阻值Rx与滑动变阻器的总电阻R相差不多，或R稍大，且电压、电流变化不要求从零调起(1)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调
(2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R
[基础梳理]
1．实验原理
由于通过小灯泡的电流越大，灯丝的温度越高，灯丝的电阻率随温度的升高而增大，因此灯丝的电阻随温度的升高而增大。由R＝eq\f(U,I)得，在I－U坐标系中，图线上点与原点连线的斜率等于电阻的倒数，故画出的小灯泡的I－U图线为曲线。
2．实验器材
学生电源(4～6V直流)或电池组、小灯泡(“4V0.7A”或“3.8V0.3A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸。
3．实验步骤
(1)根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按图1所示的电路图连接好实物图。(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)

图1
(2)闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I。
(3)用同样的方法测量并记录几组U和I，填入下表。
次数12345678电压U/V 电流I/A(4)断开开关，整理好器材。
4．数据处理
(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立直角坐标系。
(2)在坐标纸中描出各组数据所对应的点。(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)
(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。
5．实验结果与数据分析
(1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线。
(2)分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化。曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大。
6．误差分析
(1)系统误差：由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差。
(2)测量误差：测量时读数带来误差。
7．注意事项
(1)因I－U图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器应采用分压式接法。
(2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法。
(3)画I－U图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去。
[典例精析]
【例1】有一个小灯泡上标有“4V,2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线。现有下列器材供选用：
A．电压表(0～5V，内阻10kΩ)
B．电压表(0～15V，内阻20kΩ)
C．电流表(0～3A，内阻1Ω)
D．电流表(0～0.6A，内阻0.4Ω)
E．滑动变阻器(10Ω，2A)
F．滑动变阻器(500Ω，1A)
G．学生电源(直流6V)、开关、导线若干

图2
(1)实验时，选用图2中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_______________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)实验中所用电压表应选________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。(用序号字母表示)
(3)把图3中所示的实验器材用实线连接成实物电路图。

图3
解析因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改